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农业生物质秸秆低温热解预处理技术

摘要：农作物秸秆类生物质水分含量高、能量密厦低、资源分散，因此储存运输成本鬲，而且可磨性差不易制粉用于煤粉锅炉或气化炉的混合燃烧与气化。生物质低温预处理技术是一种能够解决上述问题的温和热解方法，它能够显著改善生物质的特性。选取棉花秆和小麦秆在固定床实验台上N2氛围下分别升温至200℃、250℃、300℃热解，加热时间均为30min。制得的生物质半焦能量密度显著提高，对比原始的生物质其可磨性得到明显改善，并且具有了疏第一作者.王贵军水性，便于储存运输或制粉用于气流床气化。最后根据实验结果进行预处理技术的可行性分(1982一)，山东郓城析，推荐预处理条件为250℃，30min。

引言

由于生物质具有水分含量高、亲水性强、能量密度低、不易储存、产量的季节性关系以及产地分散等特点，不适合大规模利用。如何使得低品位的生物质能转化为高品质的能源，就成了人们研究的重点。生物质低温热解预处理是一种行之有效的热化学预处理方法；热解得到的生物质半焦能量密度提高、体积减小，有利于降低运输储存成本，固体半焦制作成型燃料可以进一步提高能量密度。由于固体半焦可磨性提高且能有效地改善粉体流动性，使得在煤粉锅炉或气化炉中大规模混合利用生物质成为可能?，另外半焦气化气中的焦油含量明显降低。

低温热解又称为碳化(Torrefaction)、烘焙，是一种在无氧或缺氧情况下加热温度200～300℃脱除生物质中的水分和轻质挥发分的过程。早在1988年Bourgois等旧1就研究了松木在260℃加热时间为15min的烘焙情况，发现烘焙后的固体产物能量密度和灰分含量明显增加，并且具有疏水性。MarkJ.Prins等在230—300℃下在热重以及半工业规模的实验台上对柳树枝、稻草、落叶松热解过程的机理、热解产物的特性进行了全面的研究，并对热解过程进行了动力学分析。印度的A.Saravanakumar等在不同条件下进行了木材部分燃烧制半焦的实验，研究了木材的水分、种类、尺寸大小对半焦生成的影响，不同温度阶段的主要反应以及半焦的特性。

FelixFonsecaFemi等研究在220—270℃对废木材成型材料的热解情况，发现了生物质半焦具有良好的疏水性，还万方数据根据能量产率确定250～270℃为适合的制焦温度；并且根据巴西国情做出了成型材料烘焙的技术经济可行性分析。

B.Arias等研究了在240—280℃下制得的木制生物质半焦的可磨性、反应性以及热解过程的动力学分析。发现烘焙能够减小季节对生物质特性的影响。蒋恩臣等训研究了木块、锯末成型块和稻壳成型块在烘焙过程中加热温度和时间对产品的热值、质量产率、能量产率的影响，得出280℃以下温度进行烘焙能得到最大的效益。张巍巍等研究了热解温度在300～550℃的稻秆的半焦质量、能量产率，并用ASPENPLUS模拟软件对气化情况进行了模拟，发现热解温度400℃时的气化效果最理想，还研究了棉花秆、松木屑的热解情况，并且从能量衡算的角度分析得出，热解吸热量很少。

赵辉等对稻壳、红松、樟木松、水曲柳在230～290℃温度下进行烘焙实验，考察了预处理过程中的能量产率、生物质的可磨性变化规律以及气流床中的气化效率，得出250℃能够得到较好的质量产率和能量产率。肖军等。研究了锯屑、谷壳、花生壳在热解温度220～300℃，热解时间30～60min下进行低温热解过程中的失重率变化、物理性质变化、工业分析变化、元素分析变化和发热量变化，发现热解过程主要受热解温度控制，受热解时间控制较弱；随着热解温度升高，热解时间延长，生物质的热失重率逐渐升高；生物质逐渐变得易于研磨；在工业分析上挥发分逐渐减少，固定碳及灰分不断提高，水分含量大幅下降；在元素分析上氧元素的含量不断下降，碳元素的含量不断上升，从而发热量不断增加；当热解温度为270～300℃时，热解生物质的各项性质可与煤接近。

1实验

1.1实验原料

实验所用的两种农业生物质秸秆(棉花秆和小麦秸秆)来自于安徽省无为县，棉花秆和小麦秆的工业分析和元素分析见表1。首先将原料秸秆切割成平均长度25mm左右的小段，然后在电热鼓风恒温干燥箱中95℃干燥24小时，取出放在密封袋保存备用。

1.2实验设备及过程

低温热解实验在立式固定床电加热炉上进行(如图1)，加热炉内部的刚玉反应管内径为60mm，长度为500mm。硅碳管加热区域布置在刚玉管的中部，长度为200mm，放置样品的炉篦距离刚玉管底部200mm。布置在紧贴刚玉管外壁上的2只上下相隔150mm的热电偶(A，B)，用于温度测量和自动控制。作为保护气的氮气从刚玉管通入，经过开孔的炉篦将热解产物带离反应区，由顶部引出管

排出。引出管为不锈钢管，有伴热装置，保证管壁